Microfluidique avec des mousses : jeu entre la rh´ eologie et l’arrangement des bulles.
Philippe Marmottant & Jan-Paul Raven
Laboratoire de Spectrom´etrie Physique, UMR5588, CNRS-Universit´e Grenoble I, B.P. 87, F-38402 St Martin d’H`eres Cedex, France
philippe.marmottant@ujf-grenoble.fr
Nous pr´esentons une ´etude exp´erimentale sur l’´ecoulement de micromousses confin´ees, cr´e´ees par assemblage de microbulles. La m´ethode du pincement hydrodynamique produit la mousse, bulle `a bulle, dans une puce microfluidique. La taille des bulles ainsi que le contenu en liquide est contrˆol´e par les flux entrants de gaz et de liquide. Parce que leur tailles sont identiques, les bulles s’arrangent en un cristal dans les canaux de la puce microfluidique.
Le d´ebit de la mousse en microcannal d´epend non-lin´eairement de la pression appliqu´ee. De larges discontinuit´es ont lieu lorsque l’arrangement topologique des bulles change [1]. En effet, pour le mˆeme volume de bulle, plusieurs motifs sont possibles. Le motif le plus simple est celui avec une s´equence de bulles, avec une seule bulle dans la largeur du canal (motif ”bambou” , appel´e F1). Le deuxi`eme est celui o`u deux rangs de bulles apparaissent dans la largeur (motif ”altern´e”, appel´e F2). Nous observons que la rh´eologie est fortement d´ependante de l’arrangement des bulles.
Les transitions entre les arrangements de bulles et les effets de r´etroaction sont associ´ees avec un com- portement dynamique tr`es riche [2]. Nous observons trois types de transitions : i) oscillations spontan´ees, avec une pulsation du d´ebit et de la taille des bulles ii) coexistence pacifique de deux phases dans le canal, la transition se produisant `a un endroit fixe de l’´ecoulement, le d´ebit ´etant stable vis-`a-vis des variations de pression iii) advection et coexistence des deux phases.
Grˆace `a une analyse vid´eo, nous avons mis en ´evidence l’existence d’une onde de r´earrangements qui transforme une structure en une autre (la mousse F1 ´etant moins favorable ´energ´etiquement que la mousse F2). Selon la vitesse de la mousse, les transitions d´ecrites pr´ec´edemment peuvent ˆetre classifi´ees en trois types d’instabilit´es : i) absolu, quand l’onde de r´earrangements est plus rapide que la mousse, ii) stationnaire quand l’onde a la mˆeme vitesse et iii) convect´e quand l’onde va plus lentement.
La vitesse des r´earrangement de bulles est crucial pour d´eterminer la stabilit´e de l’oscillateur.
R´ ef´ erences
1. Raven, J.P., Marmottant, P., Graner, F., ”Dry microfoams : formation and flow in a microchannel” European Physical Journal B, 51,137-143 (2006)
2. Raven, J.P., Marmottant, P. ”Periodic microfluidic bubbling oscillator : Insight into the stability of two-phase microflows” Physical Review Letters, 97, 154501 (2006)
